Pada tahun 2026, target emisi CO2 yang ketat akan membuat pangsa kendaraan listrik/kendaraan hybrid (EVs/HEVs) di seluruh mobil penumpang mencapai 38%, yang berarti berbagai teknologi semikonduktor dan perangkat listrik akan memperoleh peluang pasar sebesar USD 5.6 miliar. Demikian penilaian Yole Dedevelopment, sebuah perusahaan riset pasar, di bidang Teknologi Elektronika Daya Kendaraan Listrik pada tahun 2021.

Ada banyak sekali jenis mobil listrik.

Baik itu EV atau HEV, kendaraan listrik, atau xEV. Klasifikasi spesifiknya adalah sebagai berikut:

               

Mild Hybrid Electric Vehicle (MHEV): Kendaraan yang menggunakan mesin pembakaran internal (atau motor termal) dan motor listrik, biasanya menggunakan motor ICE tambahan dengan daya 10-20kW, termasuk kendaraan 48V (mild hybrid) yang dilengkapi baterai bertegangan rendah.

               

Kendaraan listrik hibrida (HEV penuh, HEV kuat): kendaraan yang menggunakan mesin pembakaran internal dan motor listrik. Motor listrik ini ditenagai oleh baterai bertegangan tinggi yang dapat memberikan daya tinggi pada motor. Kisaran dayanya adalah 70-170kW, dan baterai tidak dapat diisi dari jaringan listrik. Kapasitas energi baterainya relatif rendah (sekitar 2-5kWh), sehingga jangkauan berkendara dalam mode E terbatas (beberapa kilometer);

               

Kendaraan Listrik Hibrida Plug-in (PHEV): Kendaraan yang menggunakan mesin pembakaran internal dan motor listrik (seperti hibrida penuh). Baterai PHEV dapat diisi dayanya dari jaringan listrik, sehingga dilengkapi pengisi daya terpasang dan colokan pengisi daya. Kapasitas baterainya lebih besar dibandingkan HEV penuh, biasanya sekitar 9kWh. Jika digunakan charger dua arah, mobil dapat digunakan sebagai sumber listrik untuk aplikasi V2G (vehicle to grid) dan V2H (vehicle to home).

               

Kendaraan Listrik Jarak Jauh (EREV): Ini adalah kendaraan listrik baterai yang mencakup unit daya tambahan (APU) yang disebut "pemanjang jarak tempuh". Generator kecil ini biasanya merupakan mesin pembakaran dalam (ICE), namun sel bahan bakar juga dapat digunakan. Generator mengisi baterai, yang memasok listrik ke motor kendaraan. Susunan ini disebut powertrain hybrid seri. Pemanjang jarak tempuh tidak cocok untuk penggunaan sehari-hari, dan hanya berlaku jika pengemudi perlu memperpanjang jarak tempuh kendaraan untuk mencapai stasiun pengisian berikutnya.

                               

Kendaraan berbahan bakar listrik (FCEV, FCV atau kendaraan bertenaga hidrogen): Hanya memiliki motor (tanpa motor ICE), dan biasa disebut kendaraan bertenaga hidrogen. Sebenarnya, ini adalah kendaraan listrik yang menghasilkan listrik dari hidrogen melalui tumpukan sel bahan bakar. FCEV berisi baterai (atau bank kapasitor super) untuk mencapai fungsi tertentu, seperti pemulihan energi pengereman, dll. Baterai merupakan baterai bertegangan tinggi, yang biasanya memiliki kapasitas energi rendah (beberapa kWh). Beberapa FCEV menggunakan baterai yang lebih besar (sekitar 10kWh, yang dapat diisi dari jaringan listrik, mirip dengan PHEV, untuk mencapai pengendaraan yang lebih bersih (dengan asumsi bahwa pengisian listrik dihasilkan oleh sumber energi terbarukan yang bersih, seperti energi fotovoltaik atau angin). Pengisi daya dua arah di FCEV dapat digunakan sebagai catu daya untuk aplikasi V2G dan V2H.

Kendaraan Energi Baru (NEV): istilah yang digunakan oleh pemerintah Tiongkok, termasuk PHEV, BEV, FCEV, dll. Perumusan wahana energi baru dapat membuat kebijakan yang dikeluarkan oleh negara menjadi lebih berkelanjutan, mencakup lebih banyak iterasi teknis, dan membantu mencapai transisi yang mulus. Melalui mekanisme penyesuaian dan penarikan berkala, perusahaan terus didorong untuk mencoba teknologi baru. Pada mobil tradisional, terdapat kesenjangan besar antara China dan luar negeri, terutama mesin, yang memiliki hambatan teknis yang tinggi. Buatlah hal-hal baru, gap dengan luar negeri tidak terlalu besar, agar tidak tersingkir oleh teknologi asing di kemudian hari.

Dalam beberapa tahun terakhir, pasar xEV telah berkembang pesat, berkat komitmen pemerintah untuk mencapai netralitas karbon pada tahun 2050. Penerapan kendaraan listrik adalah kunci untuk mengurangi emisi karbon dioksida, dan OEM, Tier 1, dan produsen semikonduktor listrik akan berkembang seiring dengan pertumbuhan kendaraan listrik.

Dalam aplikasi xEV, level sistem melibatkan inverter dan generator utama, boost converter, konverter DC-DC dan charger kendaraan; Jenis paket mencakup modul diskrit dan catu daya; Perangkat daya meliputi MOSFET silikon, IGBT silikon, BJT silikon (transistor bipolar), MOSFET silikon karbida (SiC) dan galium nitrida (GaN)HEMT, dll.

BEV memimpin teknologi tegangan tinggi

Dengan ketatnya pengurangan emisi karbon dioksida dan target netral karbon di berbagai negara, industri otomotif telah mengambil langkah besar menuju elektrifikasi mobil. Meski masing-masing OEM memiliki strategi elektrifikasi yang berbeda-beda, terutama di wilayah yang berbeda, namun mereka memiliki tujuan yang sama, yakni meningkatkan pangsa BEV di armadanya. Elektrifikasi hibrida masih menjadi pilihan dalam 10-15 tahun ke depan, meski tidak memenuhi tujuan jangka panjang netralitas karbon.

Terlepas dari pengaruh epidemi COVID-19, teknologi BEV yang didorong oleh elektrifikasi global masih terus meningkat, perangkat elektronik daya dalam berbagai konverter seperti inverter traksi, DC-DC, OBC (pengisi daya terpasang) terus meningkat, dan EV /Sistem HEV sedang bertransisi ke 48V, dan tren baterai juga berubah dari 400V ke 800V.

Pilihan elektrifikasi berhubungan langsung dengan pilihan arsitektur teknis daya konverter atau kapasitas baterai, yang akan menghasilkan karakteristik kinerja yang sangat berbeda pada kendaraan yang berbeda. Yole memperkirakan dalam lima tahun ke depan, dengan penambahan baterai 48V pada mobil, pasar semikonduktor daya terkait MHEV akan terus tumbuh. Selain itu, dari kendaraan hybrid hingga BEV, kandungan semikonduktor setiap kendaraan akan meningkat seiring dengan peningkatan tingkat elektrifikasi.

Faktanya, BEV mempromosikan pesatnya perkembangan teknologi ini. Dalam hal ini, pengguna jelas perlu berkendara jarak yang lebih jauh dengan waktu pengisian daya yang lebih singkat, sekaligus mengurangi biaya. Ada beberapa cara untuk meningkatkan jarak berkendara, seperti mengoptimalkan desain baterai untuk meningkatkan kapasitas energinya atau meningkatkan efisiensi inverter. Di sisi lain, untuk mengurangi waktu pengisian baterai, pengisi daya berdaya tinggi (hingga 350kW) digunakan di seluruh dunia. Untuk menghindari tantangan yang terkait dengan tingkat arus yang tinggi, tren perkembangannya adalah meningkatkan tegangan baterai. Peningkatan tegangan baterai dari saat ini 400V menjadi 800V dapat mewujudkan pengisian daya yang lebih cepat dan memberikan nilai tambah yang tinggi bagi pengguna mobil.

Faktanya, Porsche dan Hyundai telah mengadopsi baterai 800V, dan perusahaan lain akan mengikutinya. Karena inverter utama beroperasi pada tegangan yang lebih tinggi, komponen semikonduktor dayanya juga harus memiliki nilai tegangan yang lebih tinggi, biasanya 1200V V. Peralihan dari komponen 600V-750V ke komponen 1200V telah membawa peluang bisnis baru bagi beberapa pemasok, sementara bisnis pemasok lainnya akan berkurang. Pilihan elektrifikasi kendaraan dan pilihan teknologi yang berbeda akan menghasilkan strategi berbeda yang diadopsi oleh OEM besar.

     

Faktor pendorong utama kendaraan listrik

Daya jelajah kendaraan listrik tidak hanya ditentukan oleh baterainya, tetapi efisiensi seluruh sistem tenaga juga memegang peranan penting. Sebuah tim dari Institut Keandalan dan Integrasi Mikro (IZM) Flawn Hof di Berlin sedang mengembangkan inverter daya unit kontrol elektronik untuk sistem tenaga listrik murni Mission E Porsche, yang dapat mengubah energi antara baterai dan motor lebih efektif daripada skema yang ada saat ini. .

     

Inverter daya Porsche SiC

Para peneliti dan pakar dari mitra industri mereka menggunakan transistor semikonduktor SiC yang sangat efisien untuk memastikan bahwa daya yang dikonsumsi oleh arus yang mengalir melalui transistor lebih kecil. Mereka ingin menggunakan transistor dalam jumlah paling sedikit, karena setiap perangkat SiC akan mengkonsumsi sejumlah energi dan harus didinginkan. Peneliti mendesain ulang elemen pendingin power inverter untuk mencapai efek pendinginan terbaik. Dengan optimalisasi sistem transmisi seperti ini, jarak tempuh kendaraan listrik pada akhirnya akan meningkat sebesar 6%.

Untuk mengatasi masalah bahwa bahan modul daya yang berbeda memiliki tingkat ekspansi yang berbeda, elemen pendingin baru mengadopsi pelat logam yang sangat tipis untuk mengimbangi tekanan yang disebabkan oleh sedikit deformasi selama pemanasan atau pendinginan, dan memperpanjang masa pakai. Untuk mengurangi tekanan pada modul inverter daya, struktur yang terdiri dari elemen pendingin dan transistor SiC dihubungkan dengan sistem elektronik lainnya dengan memutar kabel tembaga tipis yang fleksibel untuk mencegah retak. Dapat dilihat bahwa sistem tegangan tinggi 800V adalah tempat dimana kinerja SiC suhu tinggi dapat digunakan.

Inverter traksi merupakan permintaan besar untuk perangkat elektronik daya.

Pada dasarnya ada tiga jenis konverter dalam EV/HEV: inverter utama, konverter DC-DC, generator, dan OBC. Karena tingkat dayanya yang tinggi, inverter utama merupakan pasar konverter terbesar, dengan kandungan semikonduktor daya tertinggi. Oleh karena itu, pasar inverter utama diperkirakan akan mencapai USD 19.5 miliar pada tahun 2026, mencakup 67% pasar konverter EV/HEV, dengan tingkat pertumbuhan tahunan gabungan sebesar 26.9%.

Mengenai pasar semikonduktor daya, karena persaingan teknis yang signifikan antara modul IGBT dan SiC, nilainya diperkirakan akan naik tiga kali lipat dari tahun 2020 hingga 2026. Faktanya, biaya modul SiC saat ini masih sekitar tiga kali lipat biaya modul IGBT 650V, tetapi ketika jumlah produksi lebih besar, dengan transisi ke wafer 8 inci dan popularitas perangkat 1200V dengan tegangan baterai lebih tinggi, kesenjangan ini secara bertahap akan menyempit.

Rantai pasokan EV/HEV terus terpengaruh oleh meningkatnya permintaan dan tren teknologi. Meskipun produsen semikonduktor EV/HEV terkemuka konsisten dengan produsen semikonduktor lain untuk aplikasi daya (seperti Infineon, stmicroelectronics, Hitachi, Mitsubishi Electric, dan Anselme), perusahaan lain (Tier 1, OEM, produsen semikonduktor daya, dan pendatang baru modul murni) juga menyediakan modul daya untuk EV/HEV.

Situasi serupa terjadi di bidang desain dan manufaktur baterai, dan OEM seperti Tesla dan General Motors semakin berupaya mengendalikan rantai pasokan mereka. Persaingan di tingkat OEM juga telah membuka dua jalur utama: pertama, OEM tradisional dengan pasar yang matang dan merek terkenal mengalihkan bisnisnya ke kendaraan listrik; Di sisi lain, OEM kendaraan listrik murni bermunculan di berbagai belahan dunia (seperti Weilai, Rivian, Rimac, Tucki, dan Hezhong), dan beberapa di antaranya, dipimpin oleh Tesla, dengan cepat meningkatkan penjualannya dari tahun ke tahun. Model-model baru yang diperkenalkan biasanya memiliki kinerja biaya yang lebih baik, yang mengarah pada pembentukan kembali penjualan sepuluh mobil teratas secara terus-menerus.

     

Pasar perangkat semikonduktor daya XEV (juta USD)

SiC berjalan di karpet merah EV/HEV

Kini, mobil yang tidak menggunakan SiC malu disebut sebagai perjalanan listrik. Dalam beberapa tahun terakhir, terutama sejak Tesla memperkenalkan SiC ke dalam inverter utama Model 3, penerapan SiC pada EV/HEV telah menimbulkan dampak yang besar. Namun tidak semua konverter atau semua jenis kendaraan listrik cocok untuk material mahal ini.

BEV tidak diragukan lagi menjadi pemenang dalam mengadopsi SiC, karena membutuhkan jarak tempuh yang jauh dan waktu pengisian yang cepat. Oleh karena itu, dengan peningkatan efisiensi konverter, peningkatan biaya konverter dapat dikompensasi, sehingga menghemat biaya baterai. Oleh karena itu, tidak mengherankan jika penggunaan SiC pada inverter utama telah menjadi tujuan bersama OEM besar, dan Daimler serta Hyundai segera memasukkannya ke dalam inverter utama.

Meskipun biaya perangkat SiC lebih tinggi dibandingkan perangkat silikon, hal ini membantu mengurangi biaya baterai dan meningkatkan jangkauan jelajah, sehingga secara efektif mengurangi biaya keseluruhan kendaraan. Menggunakan inverter SiC dapat menghemat sekitar $200 per mobil, dan mengurangi ukuran dan berat inverter utama.

Saat ini, Infineon, Cree(Wolfspeed) dan stmicroelectronics telah memperkenalkan serangkaian perangkat dengan chip SiC. Banyak produsen semikonduktor menganggap modul SiC sebagai target aplikasi kendaraan listrik. Diperkirakan pada tahun 2026, pasar modul SiC akan menguasai 32% pasar semikonduktor EV/HEV.

     

Gema SiC dan 800V

Meskipun setiap OEM memiliki strategi adopsi SiC sendiri, Tesla telah meningkatkan kinerjanya secara signifikan dengan teknologi SiC, dan penerapan baterai 800V juga telah meningkatkan penggunaan SiC, dan semakin banyak OEM yang menindaklanjutinya. Saat ini, Shanghai Volkswagen, Nissan, BYD, Beiqi New Energy, dan Geely semuanya menggunakan perangkat SiC dalam OBC dan DC-DC pada beberapa model mereka; Tesla, BYD, Yutong Bus, Geely, dll. menggunakan perangkat SiC di pengontrol motor; Semakin banyak perusahaan mobil yang akan mengadopsi SiC sebagai inverter utama, termasuk Hongqi, Beiqi New Energy, Jianghuai Automobile, Hyundai, Honda, BMW, Audi, dan pembuat mobil baru Weilai, Tucki, Ideality, dll. Banyak perusahaan Tier 1 juga telah merilis paket penggerak listrik SiC, termasuk Bosch, Delphi, ZF, Valeo, Weipai Technology, Jingjin Electric, dan sebagainya.

Satu hal yang pasti, baik atau buruknya teknologi, aplikasilah yang terbaik. Di bidang otomotif, perangkat SiC akan hidup berdampingan dengan perangkat berbasis silikon dalam jangka waktu yang lama. Dari segi lokalisasi, dibandingkan dengan luar negeri, masih terdapat gap dalam proses pembuatan perangkat SiC dalam negeri, terutama tingkat rendemen yang perlu lebih ditingkatkan. Pertanyaan kunci lainnya adalah apakah perusahaan mobil berani menggunakan perangkat dalam negeri, yang memerlukan keberanian dan sikap ilmiah tertentu, serta memerlukan waktu untuk menguji dan memverifikasi di jalan.

Mempercepat pengenalan elektrifikasi secara batch

Implementasi strategi awal elektrifikasi kendaraan semakin cepat, karena kendaraan diesel dilarang di beberapa daerah/kota, dan preferensi pelanggan terhadap kendaraan SUV semakin meningkat. "Pintu diesel" Volkswagen, "efek Tesla", insentif untuk kendaraan tanpa emisi di Tiongkok, pengurangan biaya baterai, target pengurangan emisi karbon dioksida, NEDC (Kondisi Mengemudi Eropa Baru) →WLTP (Prosedur Uji Kendaraan Ringan Terpadu Global), termasuk Epidemi COVID-19, semuanya mendorong proses elektrifikasi kendaraan.

     

Akselerasi elektrifikasi kendaraan

Saat ini, dalam teknologi elektronika daya EV/HEV, inverter utama dapat berupa perangkat diskrit atau modul sesuai dengan jenis elektrifikasi dan tingkat daya berbeda yang dipilih oleh pabrikan. DC-DC 48-12V pada dasarnya adalah perangkat diskrit 80-100V; HV-12V DC-DC pada dasarnya adalah perangkat diskrit 500-650V dan 80-100V; OBC pada dasarnya adalah perangkat diskrit 600-650V; Konverter boost pada dasarnya adalah perangkat diskrit 600V.

     

Perangkat daya yang digunakan untuk setiap tipe xEV

Oleh karena itu, modul, khususnya perangkat dan modul daya SiC, memiliki ruang yang besar untuk diperkenalkan. Beberapa OEM asing mulai menggunakan dioda penghalang SiC Schottky dan MOSFET pada OBC pada tahun 2018. Setelah itu, tingkat penetrasi pasar terus meningkat, dan kemudian mereka beralih ke pengontrol motor dan inverter utama dengan persyaratan keandalan yang lebih tinggi. Ini juga merupakan proses transisi dari perangkat diskrit ke modul semua-SiC.

Permintaan impor tertinggi adalah kendaraan listrik dengan daya jelajah jauh. Diperkirakan tingkat penetrasi SiC pada pengontrol motor kendaraan dengan jangkauan jelajah lebih dari 500 km akan mendekati 100% pada tahun 2024; Tingkat penetrasi keseluruhan kendaraan di bawah 500 km bisa mencapai 40%.

Tidak diragukan lagi, hampir semua OEM kendaraan listrik telah menyertakan penerapan perangkat SiC dalam rencana pengembangan proyek baru, dan diharapkan SiC akan menjadi pusat ledakan di pasar kendaraan listrik pada tahun 2025.

Penafian: Artikel ini direproduksi dari "TechSugar". Artikel ini hanya mewakili pandangan pribadi penulis, dan tidak mewakili pandangan Sacco Micro dan industri. Ini hanya untuk dicetak ulang dan dibagikan untuk mendukung perlindungan hak kekayaan intelektual. Harap sebutkan sumber asli dan penulisnya saat mencetak ulang. Jika ada pelanggaran, silakan hubungi kami untuk menghapusnya.

Telp Perusahaan: +86-0755-83044319
Faks/faks:+86-0755-83975897
Surel: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Manajer Li
QQ: 332496225 Manajer Qiu
Alamat: Kamar 809, Blok C, Gedung Teknologi Zhantao, No.1079 Minzhi Avenue, Distrik Baru Longhua, Shenzhen